DE4428153A1 - Synchronising ring used in vehicle gearbox - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Synchronisationsring (manchmal auch einfach "Synchro" genannt), der zur Ver wendung in Fahrzeuggetrieben, die ein hohes Drehmoment erfordern, eingerichtet ist.The invention relates to a synchronization ring (sometimes simply called "Synchro"), which is used for ver application in vehicle transmissions that have high torque require is set up.
Synchronisationsringe, die nur aus einer Kupferlegierung bestehen, sind in vielfältigem Gebrauch. Die Zunahme an Leistung und an Drehmoment bei Personenkraftfahrzeugen oder die Verwendung von Hochleistungsgetrieben mit hy draulischen Servoeinheiten in Großfahrzeugen wie Lastwa gen, Bussen und dgl. führt jedoch dazu, daß eine größere Last auf den Synchronisationsring ausgeübt wird, so daß ein beweglich aus einer Kupferlegierung bestehender Synchronisationsring sich bezüglich der Abnutzung eines abgeschrägten Elements in diesem oder in seiner Gesamt stigkeit und Stärke als unzureichend erwiesen hat, da eine hohe Last auf diese zum Zeitpunkt des Wechselns der Gänge aufgebracht wird, obwohl er bezüglich der Abnut zung an seiner Gleitfläche zureichend ist.Synchronization rings made only from a copper alloy exist are in diverse use. The increase in Performance and torque in passenger cars or the use of high-performance gearboxes with hy drastic servo units in large vehicles like Lastwa gene, buses and the like. However, leads to a larger Load is applied to the synchronization ring so that a movable one made of a copper alloy Synchronization ring itself regarding the wear of a beveled element in this or in its total strength and strength has proven to be insufficient there a heavy load on this at the time of changing the Gears is applied, although it is related to the Abnut tongue on its sliding surface is sufficient.
Entsprechend gibt es drei Arten von Hochlast-Synchroni sationsringen, die jeweils einen gegenüber Abnutzung wi derstandsfähigen Teil haben, der auf den Gleitabschnitt aufgebracht ist, und zwar:Accordingly, there are three types of high-load synchronizers sationsrings, each one against wear wi have the sturdy part on the sliding section is applied, namely:
- (1) einen Synchronisationsring, bei dem das Eisen material mit Mo sprühbeschichtet ist.(1) a synchronization ring where the iron material is spray coated with Mo.
- (2) einen Synchronisationsring, bei dem das Eisen material mit einem Harz (beispielsweise Phe nolharz) beschichtet ist.(2) a synchronization ring where the iron material with a resin (e.g. Phe nolharz) is coated.
- (3) einen Synchronisationsring, bei dem das wider standsfähige Material mechanisch auf einem Eisenmaterial befestigt ist.(3) a synchronization ring, which reflects that stable material mechanically on one Iron material is attached.
Das Verfahren (1), welches bei Großfahrzeugen usw. ver wendet wird, verursacht hohe Kosten, da das Gleitmaterial Mo sehr teuer ist.The method (1), which ver large vehicles is caused high costs because of the sliding material Mo is very expensive.
Das Verfahren (2) zeigt eine von der Verwendungstempera tur abhängige Synchronisationseigenschaft, die für den Synchronisationsring sehr wichtig ist. Unter einigen Verwendungsbedingungen erfährt die Gleitfläche des Syn chronisationsrings manchmal Erwärmungen über 300°C, was zu einem Schmelzen des Harzes führt, so daß die Funktion des Synchronisationsrings zerstört werden kann. Wenn da gegen bei einer geringen Temperatur synchronisiert wird, wird das Schmieröl klebrig, so daß es nicht von der Gleitfläche vollständig entfernt werden kann, was die Zeitdauer der Synchronisation verlängert und ein Schalt geräusch verursacht. Infolgedessen ist der zulässige Temperaturbereich begrenzt.The method (2) shows one of the use temperature dependent synchronization property that for the Synchronization ring is very important. Among a few The sliding surface of the Syn chronization rings sometimes warming above 300 ° C what leads to melting of the resin, so that the function the synchronization ring can be destroyed. If there against being synchronized at a low temperature the lubricating oil becomes sticky so that it does not stick to the Sliding surface can be completely removed what the Duration of synchronization extended and one switching causes noise. As a result, the allowable Limited temperature range.
Verfahren zum Befestigen des Gleitmaterials auf den Ringkörper mittels Schrauben und Dichten sind für das Verfahren nach (3) bekannt.Procedure for attaching the sliding material to the Ring bodies using screws and seals are for that Method according to (3) known.
Fig. 7 zeigt, wie ein Synchronisationsringkörper 21 vom Borg-Warner-Typ mit einem Element 22 mit einer Gleitflä che (im folgenden als Gleitelement bezeichnet) miteinan der über eine Schraube 23 verbunden werden. Dieses Ver fahren hat jedoch ein Problem bezüglich der Haltbarkeit der Befestigung aufgrund der mechanischen Verwendung und es ist offenbar, daß es bezüglich der Kosten nachteilig ist, da es eine große Zahl von Teilen und Montageverfah ren voraussetzt, sowie eine strikte Qualitätskontrolle und eine Genauigkeit der Dimensionen der einzelnen Tei le. Da der Abschnitt, in dem die Schraube befestigt wird, kein Gleitmaterial hat, ist es schwierig, einen Kontaktbereich darauf zu befestigen, was bezüglich der Eigenschaften nachteilig ist. Weiter ist es sehr schwie rig, das Gleitelement 22 auf einen Synchronisationsring mit einem geringeren Durchmesser aufzubringen. In Fig. 7 ist bei 24 eine Nabenhülse angegeben und bei 25 ein Zahnradkonus. Fig. 7 shows how a synchronization ring body 21 of the Borg Warner type with an element 22 with a Gleitflä surface (hereinafter referred to as a sliding element) miteinan connected by a screw 23 . However, this method has a problem in the durability of the fastening due to the mechanical use, and it is apparent that it is disadvantageous in terms of cost because it requires a large number of parts and assembly processes, as well as strict quality control and dimensional accuracy of the individual parts. Since the portion where the screw is fixed has no sliding material, it is difficult to fix a contact area thereon, which is disadvantageous in properties. Furthermore, it is very difficult to apply the sliding element 22 to a synchronization ring with a smaller diameter. In Fig. 7 at 24 a hub sleeve is indicated at 25 and a gear cone.
Fig. 8 zeigt ein Verfahren des Verbindens eines Synchro nisationsrings 26 vom Stifttyp und einem Gleitelement 27 miteinander mittels eines abdichtenden Vorsprungs 28. Ein Kupferlegierungsmaterial, das zum Dichten verwendet werden kann, ist im allgemeinen von einer geringen Fe stigkeit, um die Anpassungsfähigkeit sicherzustellen, so daß es bezüglich dem Widerstand einer Abnutzung unzurei chend ist, es hat daher keine ausreichenden Synchronisa tionseigenschaften. Fig. 8 shows a method of connecting shows a Synchro tion rings 26 of pin type and a sliding member 27 with each other by means of a sealing projection 28. A copper alloy material that can be used for sealing is generally low in strength to ensure adaptability, so that it is insufficient in resistance to wear, and therefore does not have sufficient synchronization properties.
Das Dichten ist weiter in Preßpassen, Schrumpfpassen und Expansionspassen eingeteilt, wobei das Preßpassen ein Festfressen oder Scheuern zum Zeitpunkt des Greifens des einen Teils in das andere bewirkt. Das Schrumpfpas sen oder Expansionspassen kann jedoch ein Abfallen des Gleitelements von dem Ringkörper bewirken, wenn eine Ar beitstemperatur hoch oder gering wird, da sie den Vor teil einer elastischen Deformation, die mit einer ther mischen Expansion oder einer thermischen Kontraktion verbunden ist, zum Verbinden nutzt. Da die drei oben ge nannten Verfahren miteinander in einem Zustand verbunden werden, in dem das eine mit dem anderen in Eingriff ist, ist eine Passung von lediglich 3/100 im Durchmesser zu lässig, so daß ein Herstellen mit einer derartigen Ge nauigkeit eine Präzisionsverarbeitung verlangt, die mit hohen Kosten verbunden ist. Da sie weiter mit nur einer geringen Kraft voneinander getrennt werden können, sind diese Verfahren für große Fahrzeuge, die ein großes Drehmoment erzeugen, nicht geeignet.Sealing continues in press fits, shrink fits and expansion passes divided, the press fit seizing or chafing at the time of gripping one part into the other. The shrink pass sen or expansion passages can, however, a fall in Cause sliding element of the ring body when an Ar working temperature becomes high or low as it part of an elastic deformation associated with a ther mix expansion or thermal contraction connected, used for connecting. Since the three above called methods linked together in one state by engaging one with the other, is a fit of only 3/100 in diameter too casual, so that a manufacture with such a Ge accuracy requires precision processing with is associated with high costs. Since they continue with only one low force can be separated these procedures for large vehicles that are a big one Generate torque, not suitable.
Ein anderes Verfahren des Verbindens von gegenüber einer Abnutzung widerstandsfähigen Materialien mit dem Ring körper ist das Hartlöten. Da die Temperaturen häufig in dem Verbindungsabschnitt bei dem Hartlöten über 600°C erreichen, kann der Ringkörper dabei zerstört werden, was ein Genauigkeitsproblem mit sich führt. Es ist wei ter schwierig, mit den Händen in dem begrenzten Raum ei nes Synchronisationsrings zu arbeiten.Another method of connecting to one another Wear resistant materials with the ring body is brazing. Because the temperatures are often in the connection section for brazing above 600 ° C the ring body can be destroyed, which entails an accuracy problem. It is white difficult with hands in the limited space nes synchronization ring to work.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Synchronisationsring für hohe Belastungen und hohe Lei stungen zu schaffen durch Verbinden einer besonders aus gewählten, gegenüber Abnutzung widerstandsfähigen Kup ferlegierung mit dem Gleitelement des Ringes durch Warm bearbeitung.It is the object of the present invention, one Synchronization ring for high loads and high lei to create services by connecting one selected, wear-resistant cup alloy with the sliding element of the ring by warm editing.
Um diese Aufgabe zu erfüllen wird nach der Erfindung ein Synchronisationsring, der ein Teil eines Getriebes eines Fahrzeugs ist, wobei ein Ringkörper aus einem Eisenmate rial gefertigt ist und ein Gleitkörper aus einer wider standsfähigen Kupferlegierung, die mit chemischen Kompo nenten, deren Matrix und Festigkeit später beschrieben werden wird, vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper und das Gleitelement miteinander durch Warm bearbeitung miteinander verbunden sind.To achieve this object, according to the invention Synchronization ring, which is part of a gearbox Vehicle is an annular body made of an iron mat rial is manufactured and a sliding body from an opposed durable copper alloy with chemical compo nents, their matrix and strength described later will be provided, characterized in that the Ring body and the sliding element together by warm machining are interconnected.
- (1) Die widerstandsfähige Kupferlegierung beinhal tet 22 bis 45 Gewichtsprozent Zn, wenigstens ein Materi al aus der Metallelementengruppe, bestehend aus Al, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, No, Sn, Bi, B usw. in einer Menge von 0,1 bis 15 Gewichtsprozent, und im übrigen bestehend aus Cu und Verunreinigungen.(1) The tough copper alloy included tet 22 to 45 weight percent Zn, at least one materi al from the metal element group consisting of Al, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, No, Sn, Bi, B etc. in an amount of 0.1 to 15 weight percent, and otherwise consisting of Cu and impurities.
- (2) Die widerstandsfähige Kupferlegierung hat eine Matrix einer α-Phase plus einer β-Phase, lediglich einer β-Phase oder aber einer β-Phase plus einer γ-Phase.(2) The tough copper alloy has one Matrix of an α phase plus a β phase, only one β phase or a β phase plus a γ phase.
- (3) Der HRB-Wert (Hardness Rockwell B) beträgt mehr als 80.(3) The HRB value (Hardness Rockwell B) is more than 80.
Die widerstandsfähige Kupferlegierung kann auch Al von 3 bis 15 Gewichtsprozent beinhalten, wenigstens ein Metallelement ausgewählt aus der Gruppe von Zn, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, No, Sn, Bi, B usw. in einer Menge von 0,1 bis 15 Gewichtsprozent, wobei der Rest aus Kupfer und Verunreinigungen besteht. The resistant copper alloy can also Al of 3 contain up to 15 percent by weight, at least one Metal element selected from the group of Zn, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, No, Sn, Bi, B etc. in an amount of 0.1 to 15 percent by weight, the rest being copper and impurities.
Wenn der Ringkörper einer Aufrauhung unterworfen ist, beispielsweise durch Ausbilden eines Wellenmusters auf dem Abschnitt, der mit dem Gleitelement verbunden ist, ist es möglich, die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Ringkörper und dem Gleitelement zu verbessern. Falls der Ringkörper weiter mit gekerbten Abschnitten zum Ab prallen versehen ist, ist es auch möglich, die Festig keit der Verbindung dazwischen gleich oder besser zu ma chen.If the ring body is subject to roughening, for example by forming a wave pattern the section that is connected to the sliding element it is possible to establish the strength of the connection between to improve the ring body and the sliding element. If the ring body continues with notched sections for ab bouncing, it is also possible to use the Festig connection between the same or better to measure chen.
In dem Fall, daß der Synchronisationsring vom Borg-Warner-Typ oder aber ein keilloser Typ mit einem Gleite lement auf dessen Innenfläche ist, falls der Ringkörper und das Gleitelement miteinander durch individuelles Setzen jeweils optimaler Warmbearbeitungstemperaturen für das Eisenmaterial des Ringkörpers und die wider standsfähige Kupferlegierung des Gleitelements einge stellt werden, um im wesentlichen die Expansionsbeträge beider in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre wie N₂, Ar usw. und deren Unterwerfen unter eine Warmbearbeitung durchgeführt wird, ist es nicht nur möglich, vollständig den Abfall zum Zeitpunkt des Erwärmens zu verhindern, sondern auch weiter die Festigkeit der Verbindung zwi schen beiden zu erhöhen. Die Erwärmungstemperatur des widerstandsfähigen Kupferlegierungsmaterials wird mei stens als optimal in einem Bereich von 600 bis 900°C eingestellt.In the event that the synchronization ring from Borg Warner type or a keyless type with a glide element on its inner surface if the ring body and the sliding element with each other by individual Setting optimal hot processing temperatures for the iron material of the ring body and the reflected stable copper alloy of the sliding element to be essentially the amounts of expansion both in a non-oxidizing atmosphere such as N₂, Ar etc. and subjecting them to hot working is carried out, it is not only possible to complete to prevent waste at the time of heating but also the strength of the connection between to increase both. The heating temperature of the resistant copper alloy material is mei Most optimally in a range from 600 to 900 ° C set.
Als Verfahren zur Warmbehandlung kommt das Extrudieren, das Ausziehen, das Scheren, das Biegen und dgl. in Be tracht, mit Ausnahme des oben angegebenen Heißzwingens, wobei jedes davon erfindungsgemäß verwendet werden kann. Extrusion is the heat treatment process pulling out, shearing, bending and the like in loading with the exception of the hot forcing specified above, each of which can be used in accordance with the invention.
Der Grund für die chemischen Bestandteile und die Inhal te davon wie oben angegeben für die widerstandsfähige Kupferlegierung wird im folgenden angegeben.The reason for the chemical components and the inhal te of which as stated above for the resistant Copper alloy is given below.
Messingmaterialien, die Kupferlegierungen bestehend im wesentlichen aus Cu-Zn sind, sind bezüglich der Schmied barkeit und der Festigkeit überlegen. Aluminium-Bronze-Mate rialien, die Kupferlegierungen sind, die im wesent lichen aus Cu-Al bestehen, sind bezüglich der Festig keit, der Korrosionswiderstandsfähigkeit und der Abnut zungswiderstandsfähigkeit überlegen. Das Verbessern von Kupferlegierungen bezüglich der Widerstandsfähigkeit er fordert das Zufügen verschiedener Elemente zum Ausfällen intermetallischer Verbindungen. Eine ungeeignete Hinzu fügung hat jedoch keinen Effekt bezüglich des Wider stands gegenüber einer Abnutzung (im Falle einer unzu reichenden Hinzufügung) oder aber bildet harte Punkte, die die Bearbeitungsfähigkeit beeinträchtigen, ohne eine weitere Verbesserung bezüglich der Widerstandsfähigkeit, da die intermetallischen Verbindungen gesättigt werden (im Fall einer übermäßigen Zugabe). Entsprechend stellen die oben angegebenen Bestandteile der Metallelemente die optimalen Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung si cher.Brass materials, the copper alloys consisting in are essentially made of Cu-Zn, are related to the blacksmith Ability and superior strength. Aluminum bronze mate rialien, which are copper alloys, which essentially Lichen consist of Cu-Al, are in terms of strength ness, corrosion resistance and wear superior resistance to tension. Improving Resistance to copper alloys requires the addition of various elements to fail intermetallic compounds. An unsuitable addition However, addiction has no effect on the contradiction against wear and tear (in the event of an sufficient addition) or forms hard dots, that affect machinability without one further improvement in resilience, because the intermetallic compounds become saturated (in case of excessive addition). Set accordingly the above-mentioned components of the metal elements optimal resistance to wear si cher.
Der Grund für die angegebene Matrix ist wie folgt.The reason for the given matrix is as follows.
Zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Kupfer legierungen gegenüber Abnutzung besteht ein Verfahren des Erhöhens der Festigkeit der Kupferlegierungen selbst anders als der Bestimmung der chemischen Bestandteile. Die vorliegende Erfindung verwendet chemische Bestand teile, die dazu in der Lage sind, eine Kupferlegierung mit hoher Festigkeit aus einer β-Phase anstelle einer Kupferlegierung mit geringer Festigkeit lediglich der α-Phase zu schaffen und stellt darüberhinaus die Festig keit zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Abnutzung sicher durch eine Matrix bestehend aus einer α-Phase plus einer β-Phase, einer β-Phase allein oder einer β-Phase und einer γ-Phase, wobei die γ-Phase einer höheren Festigkeit ausgefällt wird.To improve the resistance of copper Alloys against wear exist increasing the strength of the copper alloys themselves different from the determination of the chemical components. The present invention uses chemical inventory parts that are capable of a copper alloy with high strength from a beta phase instead of one Low strength copper alloy only the to create α phase and also provides the Festig ability to improve resilience wear and tear through a matrix consisting of an α phase plus a β phase, a β phase alone or a β phase and a γ phase, the γ phase a higher strength is precipitated.
Ein HRB-Wert (Hardness Rockwell B) von weniger als 80 ist bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnut zung unzureichend, und es ist erforderlich, mehr als 80 sicherzustellen, um die Aufgabe der Erfindung zu erfül len.An HRB (Hardness Rockwell B) value of less than 80 is in terms of resistance to abnut inadequate and it is required more than 80 ensure to achieve the object of the invention len.
Der Synchronisationsring nach der vorliegenden Erfindung weist einen Ringkörper aus einem hochfesten und sehr starken Eisenmaterial und einem gegenüber einer Abnut zung widerstandsfähigen Kupferlegierungsmaterial, das bezüglich der Gleiteigenschaft bevorzugt ist, auf, der mit der Gleitfläche des Körpers mittels einer Wärmebear beitung wie Heißschmieden usw. verbunden ist, so daß es möglich ist, einen Hochleistungssynchronisationsring aus einem zusammengesetzten Material zu schaffen, das dazu in der Lage ist, einer hohen Last ausreichend zu wider stehen.The synchronization ring according to the present invention has a ring body made of a high strength and very strong iron material and one against an abnut resistant copper alloy material that preferred in terms of sliding property, on that with the sliding surface of the body using a heat bar processing such as hot forging etc. is connected so that it is possible to make a high performance synchronization ring to create a composite material that does that is able to withstand a high load sufficiently stand.
Da das Warmbehandeln angewendet wird, kann das Verfahren einen Verbinde- und Formungsprozeß einschließen. Weiter ist es möglich, den Synchronisationsring unabhängig von seiner Größe herzustellen. Wenn Eisen- und Kupferlegie rungsmetalle geschmiedet und miteinander bei der norma len Temperatur verbunden werden, bricht das Kupferlegie rungsmaterial aufgrund dessen fehlender Anpassungsfähig keit. Eine Kaltbearbeitung kann daher bei diesem Materi al nicht durchgeführt werden. Wenn ein Material beste hend allein aus der α-Phase verwendet wird, um die An passungsfähigkeit des Kupferlegierungsmaterials sicher zustellen, ist es in der Festigkeit gering, was ein Pro blem bezüglich der Abnutzung darstellt.Since the heat treatment is applied, the process can include a joining and forming process. Continue it is possible to independent of the synchronization ring to manufacture its size. If iron and copper alloy forged metals and together at norma temperature, the copper alloy breaks due to the lack of adaptability speed. Cold machining can therefore be used with this material not be carried out. If a material is best Starting from the α phase alone, the An fit of the copper alloy material safely to deliver, it is low in strength, which is a pro blem regarding wear.
Der thermische Expansionseffekt von Kupfer ist größer als der von Eisen, so daß Eisen, das bei einer optimalen Temperatur höher als diejenige von Kupfer aufgewärmt wird, um diese miteinander derart zu verbinden, so daß sie im wesentlichen denselben Betrag an Schrumpfung auf zeigen, wenn beide Materialien die Normaltemperatur er reicht haben.The thermal expansion effect of copper is greater than that of iron, so that iron, which at an optimal Temperature warmed up higher than that of copper to connect them to each other in such a way that they have essentially the same amount of shrinkage show if both materials he normal temperature have enough.
Dieses Verfahren ist insbesondere wirksam bei Synchroni sationsringen vom Borg-Warner-Typ oder vom keillosen Typ mit einem Gleitelement auf dem Innenumfang zu verhin dern, daß das Gleitelement von diesem abfällt, und zum Erreichen einer großen Festigkeit der Verbindung.This method is particularly effective with Synchroni Station rings of the Borg Warner type or of the keilless type with a sliding element on the inner circumference that the sliding element falls off from this, and to Achieving a high strength of the connection.
Weiter ist es möglich, einen Synchronisationsring von einer verbesserten Verbindungsfestigkeit zu schaffen durch Bewirken einer rauhen Fläche auf den gekerbten Ab schnitten auf dem Ringkörper an dem Bereich, der mit dem Gleitelement verbunden wird.It is also possible to use a synchronization ring to create an improved connection strength by causing a rough surface on the notched ab cut on the ring body at the area with the Sliding element is connected.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention result from the claims and from the description in which a preferred embodiment of the invention based on a drawing is explained. It shows:
Fig. 1 einen Synchronisationsring vom Stifttyp nach der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1(a) ein Querschnitt eines wesentlichen Teils die ses Rings und Fig. 1(b) eine Ansicht dieses Rings ist; Fig. 1 is a pin type synchronization ring according to the present invention, Fig. 1 (a) is a cross section of an essential part of this ring and Fig. 1 (b) is a view of this ring;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils eines Synchronisationsrings mit mehreren Konussen nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 is a cross sectional view of an essential part of a multi-cone synchronization ring according to the present invention;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils eines Synchronisationsrings vom Borg-Warner-Typ nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 is a cross sectional view of an essential part of a Borg Warner type synchronization ring according to the present invention;
Fig. 4 eine Ansicht zum Erläutern des Warmschmiede verfahrens für einen Synchronisationsring vom Stifttyp, wobei Fig. 4(a) eine Querschnitts ansicht zur Erläuterung des Verfahrens vor dem Schmieden und Fig. 4(b) nach dem Schmieden wiedergibt; Fig. 4 is a view for explaining the hot forging method for a pin type synchronization ring, Fig. 4 (a) is a cross-sectional view for explaining the method before forging and Fig. 4 (b) after forging.
Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Synchronisations rings zum Erläutern eines Belastungstests; Fig. 5 is a cross sectional view of the synchronization ring for explaining a stress test;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Synchronisations rings zum Erläutern eines Bruchtests; Fig. 6 is a cross sectional view of the synchronization ring for explaining a break test;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Synchronisati onsrings zum Erläutern eines üblichen Verbin dungsverfahrens unter Verwendung von Bolzen; und Fig. 7 is a cross sectional view of a synchronizing ring for explaining a common connection method using bolts; and
Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines Synchronisati onsrings zum Erläutern eines üblichen Verbin dungsverfahrens mittels Stopfens. Fig. 8 is a cross-sectional view of a synchronization ring for explaining a common connec tion method by means of plug.
Prüfmuster, die bei Ausführungsbeispielen der vorliegen den Erfindung benutzt werden, und Vergleichsmuster (einschließlich üblicher Synchronisationsringe) sind in Tabelle 1 gezeigt. Synchronisationsringe nach den Aus führungsbeispielen der Erfindung sind in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, wobei jeder Synchronisationsring durch verschiedene Verfahren, die im folgenden beschrieben werden, ausgebildet ist und verschiedenen Prüfungen mit Bezugssynchronisationsringen unterworfen worden ist.Test samples used in embodiments of the present invention and comparison samples (including common synchronization rings) are shown in Table 1. Synchronization rings according to the exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS. 1, 2 and 3, each synchronization ring being formed by different methods, which are described below, and has been subjected to various tests with reference synchronization rings.
Fig. 1 zeigt einen Synchronisationsring vom Stifttyp nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung. Der Synchronisationsring vom Stifttyp ist ein Syn chronisationsring mit einem Gleitelement auf seinem Um fang, wobei der Ringkörper und das Gleitelement mitein ander mittels einer Feder verbunden sind, die in dessen inneren leeren Abschnitt eingesetzt ist, wobei Fig. 1(a) eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils eines Synchronisationsrings nach der Erfindung und Fig. 1(b) eine Draufsicht ist. In den Figuren sind mit 1 ein Ringkörper, mit 2 ein Gleitelement, mit 3 gekerbte Ab schnitte und mit 4 eine Feder vom Stifttyp angegeben. Der Ringkörper 1 besteht aus einem Eisenmaterial, bei spielsweise JIS G 4104 SCr-415, während das Gleitelement 2 aus einer widerstandsfähigen Kupferlegierung, bei spielsweise dem in der Tabelle 1 angegebenen Muster B, ist. Mit 7 ist ein mit einem Gewinde versehener Feldab schnitt bezeichnet, der auf der Fläche des Gleitelements vorgesehen ist. Der Ringkörper 1 hat eine wellenförmig aufgerauhte Fläche 6 in einem Bereich 5, der mit dem Gleitelement verbunden ist, und ist weiter mit gekerbten Abschnitten 3 versehen, um die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Körper und dem Gleitelement, wie in Fig. 1(b) gezeigt, zu verbessern. Fig. 1 shows a pin type synchronization ring according to an embodiment of the present inven tion. The pin type synchronization ring is a syn chronization ring with a sliding member on its circumference, the ring body and the sliding member being connected to each other by means of a spring inserted in the inner empty portion thereof, Fig. 1 (a) being a cross sectional view of an essential one Part of a synchronization ring according to the invention and Fig. 1 (b) is a plan view. In the figures, 1 denotes an annular body, 2 a sliding element, 3 notched sections and 4 a pin-type spring. The ring body 1 consists of an iron material, for example JIS G 4104 SCr-415, while the sliding element 2 is made of a resistant copper alloy, for example the pattern B given in Table 1. 7 with a threaded Feldab section is designated, which is provided on the surface of the sliding element. The ring body 1 has a corrugated roughened surface 6 in an area 5 which is connected to the sliding member, and is further provided with notched portions 3 to improve the connection strength between the body and the sliding member as shown in Fig. 1 (b). to improve.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentli chen Teil eines mit mehreren Konussen versehenen Syn chronisationsrings zeigt, der eine Mehrzahl von Synchro nisationsringen aufweist, um die Last zu reduzieren, die auf jeden Synchronisationsring aufgebracht wird, und um ein hohes Drehmoment zu erzeugen, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungs beispiel weist zwei Synchronisationsringe (innerer Ring 9 und äußerer Ring 10) für einen Konus (Zwischenring) 8 auf, wobei der Körper 11 des Zwischenrings 8 aus einem Eisenmaterial JIS G 4805 SUJ2 gefertigt ist und das Gleitelement aus einer widerstandsfähigen Kupferlegie rung eines Musters C, das in Tabelle 1 angegeben ist. Der Ringkörper hat eine wellenförmig aufgerauhte Fläche 8, um die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Syn chronisationskörper und dem Gleitelement zu verbessern. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an essential part of a multi-cone sync ring having a plurality of sync rings to reduce the load applied to each sync ring and to generate high torque; according to an embodiment of the invention. This embodiment example has two synchronization rings (inner ring 9 and outer ring 10 ) for a cone (intermediate ring) 8 , wherein the body 11 of the intermediate ring 8 is made of an iron material JIS G 4805 SUJ2 and the sliding element made of a resistant copper alloy pattern C, which is given in Table 1. The ring body has a wavy roughened surface 8 to improve the strength of the connection between the syn chronization body and the sliding element.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Teils eines Synchronisationsrings vom Borg-Warner-Typ, der ein Synchronisationsring ist, wie er heute meistens verwendet wird. Dieser hat eine Gleitfläche auf dem in neren Umfang entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 ist mit 14 ein Syn chronisationskörper bezeichnet, 15 gibt ein auf der in neren Umfangsfläche gleitendes Element an, und 16 ist eine wellenförmig aufgerauhte Fläche des Synchronisati onskörpers 14. Im Falle eines derartigen Synchronisati onsrings schrumpft dann, wenn ein Kupferlegierungsmate rial auf den inneren Umfang des Rings bei einer hohen Temperatur aufgebracht wird, das Kupferlegierungsmateri al mehr als das Eisenmaterial bei der normalen Tempera tur, so daß das Gleitelement abfallen könnte. Fig. 3 is a cross-sectional view of an essential part of a Borg-Warner type synchronization ring which is a synchronization ring as it is most commonly used today. This has a sliding surface on the inner circumference according to an embodiment of the present invention. In Fig. 3, 14 denotes a syn chronization body, 15 indicates a sliding element on the inner circumferential surface, and 16 is a wavy roughened surface of the synchronization body 14 . In the case of such a synchronizing ring, when a copper alloy material is applied to the inner periphery of the ring at a high temperature, the copper alloy material shrinks more than the iron material at the normal temperature so that the sliding member may fall off.
In dem Fall eines Synchronisationsrings dieser Art wer den entsprechend, falls optimale Wärmebehandlungstempe raturen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre wie N₂, Ar usw. für den aus Eisen gefertigten Körper des Syn chronisationsrings und dem aus einem gegenüber Abnutzung widerstandsfähigen Kupferlegierung bestehenden Gleitele ment jeweils eingestellt sind, so daß deren Expansions beträge in geeigneter Weise einander gleich sind, und der Ringkörper und das Gleitelement miteinander mittels einer Wärmebehandlung verbunden werden, ist es möglich, nicht nur vollständig das Abfallen bei dem Abkühlen zu verhindern, sondern auch weiter die Festigkeit der Ver bindung dazwischen zu erhöhen. Konkrete Verarbeitungs verfahren werden im folgenden beschrieben. Das Erhitzen und das Erwärmen werden in der nicht-oxidierenden Atmo sphäre durchgeführt, um das Eisen an einer Oxidation zu hindern (Erzeugung von Zunder).In the case of a synchronization ring of this type who the corresponding if optimal heat treatment temperature in a non-oxidizing atmosphere such as N₂, Ar etc. for the iron body of Syn chronization ring and the one against wear resistant copper alloy existing lubricant ment are set so that their expansion appropriately equal amounts, and the ring body and the sliding element together by means of a heat treatment, it is possible not just completely dropping off on cooling prevent, but also the strength of ver to increase the bond between them. Specific processing procedures are described below. The heating and the heating will be in the non-oxidizing atmosphere sphere carried out to iron to oxidation prevent (generation of scale).
(Ein Synchronisationsring vom Mehrfachkonustyp
ist ähnlich)
a: Einsetzen eines Fe-Materials, das
einen Synchronisationsring bildet, auf einem unteren Ge
senk und sodann Einsetzen eines Materials aus einer wi
derstandsfähigen Kupferlegierung, das als Gleitelement
nach der vorliegenden Erfindung dient, auf dieses, wobei
das Material aus der gegenüber Abnutzung widerstandsfä
higen Kupferlegierung auf eine geeignete Temperatur er
wärmt worden ist (Fig. 4(a)).
b: Sodann Unterziehen des Ringkör
pers und des Gleitelements unter einen Schmiedevorgang
durch ein oberes Gesenk, um diese miteinander zu verbin
den und diese zu einem Synchronisationsring zu formen
(Fig. 4(b)).
(A multi-cone type synchronization ring is similar)
a: Inserting an Fe material forming a synchronizing ring on a lower die and then inserting a material made of a resistant copper alloy serving as a sliding member according to the present invention thereon, the material being resistant to wear Copper alloy has been heated to a suitable temperature ( Fig. 4 (a)).
b: Then subjecting the ring body and the sliding member to a forging process by an upper die to connect them to each other and to form them into a synchronization ring ( Fig. 4 (b)).
a: Herstellen des Synchronisations
rings vom Borg-Warner-Typ aus einem JIS G 4105
SCM-420-Material.
b: Herstellen eines Schmiede-Rohlings
aus einem Material einer widerstandsfähigen
Kupferlegierung als Gleitelement nach der vorliegenden
Erfindung.
c: Erwärmen des in dem Vorgang a
hergestellten Fe-Synchronisationsrings auf 980°C in ei
nem Wärmeofen mit einer N₂-Gas-Atmosphäre.
d: Erwärmen des Kupferlegierungsma
terials unter Schmieden des in dem Vorgang b hergestell
ten Schmiede-Rohlings auf 650°d in einem Wärmeofen.
e: Vorwärmen des Schmiedegesenks auf
150°C.
f: Wenn das Material eine vorgegebe
ne Temperatur erreicht, zunächst Einsetzen des
Fe-Synchronisationsrings mit dessen Gleitfläche nach oben.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Gesenk in einem N₂-Gas ab
gedichtet.
g: Setzen des aus einem Kupferlegie
rungsmaterial bestehenden Rohlings auf das Gleitelement
des Fe-Synchronisationsrings.
h: Prüfen einer Übereinstimmung an
jedem Abschnitt und sodann schnelles Zwingen der beiden
Materialien, um diese miteinander zu verbinden.a: Making the Borg Warner type synchronization ring from a JIS G 4105 SCM-420 material.
b: Manufacture of a forging blank from a material of a resistant copper alloy as a sliding element according to the present invention.
c: Heating the Fe synchronization ring produced in process a to 980 ° C in a heating furnace with an N₂ gas atmosphere.
d: heating the copper alloy material while forging the forging blank produced in process b to 650 ° d in a heating furnace.
e: preheating the forging die to 150 ° C.
f: When the material reaches a specified temperature, first insert the Fe synchronization ring with its sliding surface facing up. At this point, the die is sealed in an N₂ gas.
g: Placing the blank made of a copper alloy material on the sliding element of the Fe synchronization ring.
h: Check for a match on each section and then quickly force the two materials to join them together.
Ein aus Eisen bestehender Synchronisationsring vom Stifttyp wurde aus einem JIS G 4805 SUJ2-Material gefer tigt, und verschiedene in Tabelle 1 aufgeführte Muster wurden mit dem Gleitelement verbunden entsprechend dem oben beschriebenen Heißschmiedeverfahren. Die Synchroni sationsringe wurden einem Abrasionstest unter den in Ta belle 2 angegebenen Bedingungen gemeinsam mit Bezugssyn chronisationsringen, auf die ein Phenolharzmaterial auf gebracht worden war, und solchen, auf die Muster nach verschiedenen Verfahren der Schrumpfpassung, des Hartlö tens und der Preßpassung aufgebracht worden waren, un terworfen. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 gezeigt. Da das Ergebnis des Abrasionstests ausschließlich von dem Gleitelement abhängt, wurde auf solche Tests bezüglich anderer Typen von Synchronisationsringen verzichtet.An iron synchronization ring from Pen type was made from a JIS G 4805 SUJ2 material and various patterns listed in Table 1 were connected to the sliding element according to the The hot forging process described above. The Synchroni Station rings were subjected to an abrasion test among those in Ta belle 2 specified conditions together with reference syn chronization rings on which a phenolic resin material had been brought, and such, according to the samples different methods of shrink fit, hard soldering tens and the press fit had been applied, un thrown. The result is shown in Table 3. Since that Result of the abrasion test only from that Slider depends on such tests other types of synchronization rings are dispensed with.
Die verschiedenen bei diesem Ausführungsbeispiel verwen deten Materialien und die Bezugsmaterialien, die dem obigen Abrasionstest unterworfen waren, wurden weiter einem Probenbelastungstest nach dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren unterworfen. Das Ergebnis ist in Tabelle 4 ge zeigt. The various materials used in this embodiment and the reference materials which were subjected to the above abrasion test were further subjected to a sample load test by the method shown in FIG. 5. The result is shown in Table 4.
Um die Stärke eines Synchronisationsrings nach dem Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu bestäti gen, wurde ein einfacher Synchronisationsring, bestehend aus einer Kupferlegierung, aus Mustern, die in Tabelle 1 gezeigt sind, einem Bruchtest unterworfen, um diese mit einem Synchronisationsring nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu vergleichen. Das Ergebnis ist in Tabel le 5 gezeigt.The strength of a synchronization ring after the end to confirm leadership example of the present invention a simple synchronization ring was created from a copper alloy, from samples shown in Table 1 are subjected to a fracture test in order to a synchronization ring according to the embodiment compare the invention. The result is in Tabel le 5 shown.
Es wurde oben beschrieben, daß nach der vorliegenden Er findung ein Synchronisationsringkörper aus einem Eisen material gefertigt ist, das in seiner Festigkeit und Stärke überlegen ist, und ein gegenüber Abnutzung wider standsfähiges Material aus einer Kupferlegierung auf den Körper des Synchronisationsrings auf dessen Gleitfläche aufgebracht wird durch Wärmebehandlung, etwa Heißschmie den oder dgl., so daß es möglich ist, einen Synchronisa tionsring aus einem zusammengesetzten Material mit hoher Leistungsfähigkeit zu schaffen, das einer hohen Last ausreichend widerstehen kann.It has been described above that according to the present Er finding a synchronization ring body made of an iron is made of material in its strength and Strength is superior, and one against wear and tear durable material made of a copper alloy on the Body of the synchronization ring on its sliding surface is applied by heat treatment, such as hot smear the or the like, so that it is possible to have a Synchronisa tion ring made of a composite material with high To create efficiency, that of a high load can withstand sufficiently.
Ein Verfahren der Wärmebehandlung kann sowohl den Ver bindungsvorgang als auch den Formvorgang beinhalten. In folgedessen ist dieses Verfahren sehr kostengünstig. Es ist weiter vorteilhaft insofern, als der Synchronisati onsring unabhängig von seiner Größe gefertigt werden kann.A method of heat treatment can both Ver binding process as well as the molding process. In consequently, this process is very inexpensive. It is further advantageous in that the Synchronisati onsring can be made regardless of its size can.
Weiter ist es möglich, einen Synchronisationsring zu schaffen, der weiter verbessert ist bezüglich der Fe stigkeit der Verbindung durch das Aufrauhen der Fläche des Ringkörpers oder durch das Vorsehen von gekerbten Abschnitten auf den Abschnitten des Ringkörpers, der mit dem Gleitelement verbunden ist.It is also possible to set a synchronization ring create that is further improved in terms of Fe strength of the connection by roughening the surface of the ring body or by the provision of notched Sections on the sections of the ring body that with the sliding element is connected.
Insbesondere im Fall eines Synchronisationsrings vom Borg-Warner-Typ oder einem Synchronisationsring vom keillosen Typ mit einem Gleitelement auf dessen umlau fender Innenfläche, kann das Einstellen der jeweiligen optimalen Temperaturen für die Wärmebehandlung für den Ringkörper und das Gleitelement derart, daß deren Expan sionsbeträge in ausreichender Weise einander gleich sind, verhindern, daß eine Loslösung zum Zeitpunkt des Kühlens geschieht, so daß die Verbindungsfestigkeit er höht wird. Especially in the case of a synchronization ring from Borg-Warner type or a synchronization ring from Keilless type with a sliding element on its umlau fender inner surface, can adjust the respective optimal temperatures for the heat treatment for the Ring body and the sliding element such that their expan sions amounts sufficiently equal to each other are preventing a detachment at the time of Cooling happens so that the connection strength he is increased.
Claims (8)
- - der Ringkörper (1) und das Gleitelement (22) miteinander durch eine Wärmebehandlung verbun den sind,
- - die gegenüber Abnutzung widerstandsfähige Kup ferlegierung aus 22 bis 45 Gewichtsprozent Zn, wenigstens 0,1 bis 15 Gewichtsprozent eines Metalls aus der Metallelementengruppe Al, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, Mo, Sn, Bi, B usw. und im restlichen aus Cu und Verunreinigungen besteht,
- - die gegenüber Abnutzung widerstandsfähige Kup ferlegierung eine Matrix aus einer α-Phase + β-Phase, einer β-Phase allein oder einer β-Phase + γ-Phase aufweist, und
- - der HRB-Wert (Hardness Rockwell B) mehr als 80 beträgt.
- - The ring body ( 1 ) and the sliding element ( 22 ) are connected to one another by a heat treatment,
- - the wear-resistant copper alloy made of 22 to 45 percent by weight of Zn, at least 0.1 to 15 percent by weight of a metal from the group of metal elements Al, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, Mo, Sn, Bi, B etc. and the rest consists of Cu and impurities,
- - The copper alloy resistant to wear has a matrix of an α-phase + β-phase, a β-phase alone or a β-phase + γ-phase, and
- - the HRB value (Hardness Rockwell B) is more than 80.
- - der Ringkörper (1) und das Gleitelement (22) miteinander durch eine Wärmebehandlung verbun den sind,
- - die gegenüber Abnutzung widerstandsfähige Kup ferlegierung aus 3 bis 15 Gewichtsprozent Al, wenigstens 0,1 bis 15 Gewichtsprozent eines Metalls aus der Metallelementengruppe Zn, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, Mo, Sn, Bi, B usw. und im restlichen aus Cu und Verunreinigungen besteht,
- - die gegenüber Abnutzung widerstandsfähige Kup ferlegierung eine Matrix aus einer α-Phase + β-Phase, einer β-Phase allein oder einer β-Phase + γ-Phase aufweist, und
- - der HRB-Wert (Hardness Rockwell B) mehr als 80 beträgt.
- - The ring body ( 1 ) and the sliding element ( 22 ) are connected to one another by a heat treatment,
- - The wear-resistant copper alloy made of 3 to 15 percent by weight of Al, at least 0.1 to 15 percent by weight of a metal from the group of metal elements Zn, Mn, Fe, Pb, Ni, Be, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr, Mo, Sn, Bi, B etc. and the rest consists of Cu and impurities,
- - The copper alloy resistant to wear has a matrix of an α-phase + β-phase, a β-phase alone or a β-phase + γ-phase, and
- - the HRB value (Hardness Rockwell B) is more than 80.
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| US08/277,171 US5582281A (en) | 1994-07-19 | 1994-07-19 | Method of connecting a sliding member to a synchronizer ring |
| DE4428153A DE4428153C2 (en) | 1994-07-19 | 1994-08-09 | synchronization ring |
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